近日，中科院上海光機所高功率激光元件技術(shù)與工程部在基于復合材料的皮秒反射鏡研究方面取得進展。相關(guān)研究成果以“Hybrid-material-based mirror coatings for picosecond laser applications”為題，發(fā)表于Optics and Laser Technology。

皮秒脈沖激光常被用于高能量密度物理基礎(chǔ)研究。反射鏡作為皮秒激光系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，其激光損傷閾值直接影響皮秒激光系統(tǒng)的輸出能量。傳統(tǒng)的皮秒激光反射鏡分別采用氧化鉿和氧化硅作為高、低折射率材料。近年來，包括納米疊層和混合物在內(nèi)的復合材料在提升薄膜元件的激光損傷閾值方面受到廣泛關(guān)注，研究復合材料皮秒反射鏡及其在不同脈寬激光輻照下的激光損傷特性具有一定的實際應用價值。

圖1. 不同反射鏡的(a)AFM顯微圖像及RMS粗糙度(b)激光誘導損傷概率分布(8ps,1053 nm)

圖2. 不同脈寬激光誘導損傷概率分布(a)0.5 ps (b)1 ps和(c)3 ps (d)激光損傷閾值隨激光脈寬的變化

研究人員采用電子束蒸發(fā)技術(shù)制備了四種復合材料，包括氧化鉿/氧化鋁納米疊層、氧化鉿/氧化硅納米疊層、氧化鉿-氧化鋁混合物和氧化鉿-氧化硅混合物。與單一氧化鉿材料相比，復合材料能夠抑制結(jié)晶并降低表面粗糙度。采用上述復合材料和氧化硅材料作為高、低折射率材料，制備了四種工作波長位于1053 nm的反射鏡。反射鏡在不同脈寬（0.5 ps、1 ps、3 ps和8 ps）激光輻照下的損傷測試結(jié)果表明：與采用氧化鉿作為高折射率材料的皮秒反射鏡相比，采用復合材料作為高折射率材料的皮秒反射鏡均表現(xiàn)出更高的激光損傷閾值。在本文研究的激光脈沖范圍內(nèi)，反射鏡的初始激光損傷機制在3 ps附近開始發(fā)生變化。該成果對于提高皮秒激光反射鏡等光學薄膜元件的性能具有重要意義。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110466